O que é bioengenharia fluvial?

A bioengenharia fluvial (fluvial soil bioengineering) é o conjunto de técnicas que utiliza materiais vivos (plantas, ramos, estacas) e materiais inertes naturais (pedras, troncos, fibras) para:

• Proteger margens contra erosão
• Restaurar habitats aquáticos e ripários
• Controlar a dinâmica do canal
• Melhorar a qualidade da água
• Recuperar matas ciliares (APP)

Abordagem integrada

graph TD
    A["Diagnóstico<br>do rio"] --> B["Processos<br>erosivos"]
    A --> C["Ecologia<br>ripária"]
    A --> D["Hidráulica<br>do canal"]
    B --> E["Técnicas de<br>proteção de margem"]
    C --> F["Restauração<br>de mata ciliar"]
    D --> G["Manejo do<br>fluxo"]
    E --> H["BIOENGENHARIA<br>FLUVIAL"]
    F --> H
    G --> H
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    style F fill:#2E7D32,color:#fff
    style H fill:#FDB913,color:#000

A bioengenharia fluvial é uma das áreas mais ativas das Soluções Baseadas na Natureza (NbS), reconhecida pela IUCN e pela Comissão Europeia como estratégia prioritária para adaptação às mudanças climáticas.

Classificação por zona do rio

graph TD
    subgraph Zona["Zonas do canal"]
        A["Zona submersa<br>(leito)"]
        B["Zona anfibia<br>(margem inferior)"]
        C["Zona ripária<br>(margem superior)"]
        D["Zona terrestre<br>(planície de inundação)"]
    end
    A --> A1["Defletores de troncos<br>Soleiras de fundo"]
    B --> B1["Enrocamento vegetado<br>Gabião vivo"]
    C --> C1["Brushlayering<br>Fascinas vivas"]
    D --> D1["Mata ciliar<br>Hidrossemeadura"]
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Técnicas por objetivo

Tipos de erosão em margens

1. Erosão hidráulica (fluvial):

• Arraste de partículas pela corrente
• Mais intensa na curva externa (côncava)
• Depende de: velocidade, turbulência, material da margem

2. Erosão por solapamento (undercutting):

• Água escava a base da margem
• Cria reentrância (nicho de erosão)
• Margem colapsa por gravidade

3. Erosão por ondas (wave attack):

• Ondas de embarcações ou vento
• Impacto na margem desprotegida
• Comum em reservatórios e rios navegáveis

4. Erosão por saturação + flutuações:

• Elevação/rebaixamento rápido do nível
• Pressão neutra positiva na margem
• Colapso por ruptura planar ou rotacional

Dinâmica de meandro

graph LR
    A["Margem côncava<br>(curva externa)<br>EROSÃO"] --> B["Fluxo<br>helicoidal"]
    B --> C["Margem convexa<br>(curva interna)<br>DEPOSIÇÃO"]
    A -->|"Velocidade alta<br>Cisalhamento"| D["Solapamento<br>+ colapso"]
    C -->|"Velocidade baixa<br>Sedimentação"| E["Barra de<br>ponto"]
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    style D fill:#ED1C24,color:#fff
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Tensão de cisalhamento crítica

\[\tau_0 = \gamma_w \cdot R \cdot S\]

Onde:

• \(\tau_0\) = tensão de cisalhamento no leito (Pa)
• \(\gamma_w\) = peso específico da água (9.810 N m⁻³)
• \(R\) = raio hidráulico (m)
• \(S\) = declividade do canal (m m⁻¹)

O que são defletores de troncos?

Defletores de troncos (log deflectors, log vanes ou woody debris structures) são estruturas de troncos instalados na margem de rios para:

• Redirecionar o fluxo para o centro do canal
• Proteger margens erosionadas (curvas externas)
• Criar zonas de baixa velocidade para deposição
• Gerar habitat (pools, remansos) para fauna aquática

Tipos de defletores

Efeito hidráulico

graph TD
    A["Fluxo principal<br>(alta velocidade)"] --> B["Defletor<br>(tronco)"]
    B -->|"Redireciona"| C["Centro do<br>canal"]
    B -->|"Cria zona de<br>baixa velocidade"| D["Remanso<br>(deposição)"]
    D --> E["Sedimento se<br>deposita"]
    E --> F["Margem protegida<br>e revegetada"]
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Dimensionamento

Forças atuantes no defletor

\[F_D = \frac{1}{2} C_D \rho A V^2\]

Onde:

• \(F_D\) = força de arrasto (N)
• \(C_D\) = coeficiente de arrasto (1,0-1,5 para troncos)
• \(\rho\) = densidade da água (1.000 kg m⁻³)
• \(A\) = área projetada do tronco (m²)
• \(V\) = velocidade do fluxo (m s⁻¹)

Sistemas de ancoragem

Esquema de instalação

graph TD
    A["1. Seleção do<br>tronco adequado"] --> B["2. Escavação na<br>margem (1/3 enterrado)"]
    B --> C["3. Posicionamento<br>ângulo 20-30°"]
    C --> D["4. Ancoragem<br>(estacas + cabos)"]
    D --> E["5. Preenchimento<br>com pedras na base"]
    E --> F["6. Plantio de<br>estacas vivas ao redor"]
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O que é brushlayering?

O leito de ramos (brushlayering, branch layering) consiste em camadas horizontais de ramos vivos inseridas em terraços escavados na margem do rio ou talude adjacente:

• Ramos colocados perpendicularmente à face do talude
• 20-30% do comprimento projetado para fora
• 70-80% enterrado no solo compactado
• Os ramos enraízam e brotam, criando cobertura densa

Diferença de fascinas/cordões

Esquema construtivo

graph TD
    A["Terraço escavado<br>(degrau horizontal)"] --> B["Ramos vivos<br>dispostos na horizontal"]
    B --> C["Solo compactado<br>sobre os ramos"]
    C --> D["Próximo terraço<br>(repetir)"]
    B -->|"20-30%<br>projetado"| E["Brotação e<br>cobertura"]
    B -->|"70-80%<br>enterrado"| F["Enraizamento<br>profundo"]
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Dimensionamento

Cercas de dissipação (wave breakers)

Para restauração de manguezais e zonas úmidas costeiras, utiliza-se cercas de bambu ou madeira para:

• Dissipar a energia das ondas
• Permitir que sedimento se deposite
• Criar condições para colonização de propágulos (sementes de mangue)
• Proteger mudas jovens até o estabelecimento

Tipos de cercas

Esquema funcional

graph TD
    A["Ondas / Correntes<br>(alta energia)"] --> B["Cerca de bambu<br>(dissipação)"]
    B --> C["Energia reduzida<br>(zona protegida)"]
    C --> D["Sedimento se<br>deposita"]
    D --> E["Substrato formado<br>para mangue"]
    E --> F["Plantio de mudas<br>ou colonização natural"]
    F --> G["Manguezal<br>restaurado"]
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Espécies para restauração

Modelos de restauração

1. Plantio total (área degradada):

• Mudas de alta diversidade (40-80 espécies)
• Espaçamento: 3 × 2 m (1.667 mudas ha⁻¹)
• Grupos de preenchimento + diversidade
• Manejo de daninhas por 2-3 anos

2. Enriquecimento (área com regeneração):

• Plantio de espécies sub-representadas
• Enriquecimento de bordas e clareiras
• 200-600 mudas ha⁻¹

3. Condução de regeneração natural:

• Isolamento de fatores de degradação
• Nucleação (poleiros, transposição de solo)
• Controle de invasoras
• Custo mais baixo

Integração com bioengenharia

graph TD
    A["Zona 1: Leito<br>Defletores de troncos"] --> E["RIO RESTAURADO"]
    B["Zona 2: Margem inferior<br>Enrocamento vegetado<br>Gabião vivo"] --> E
    C["Zona 3: Margem superior<br>Brushlayering<br>Fascinas vivas"] --> E
    D["Zona 4: APP<br>Plantio de mata ciliar<br>Hidrossemeadura"] --> E
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Código Florestal (Lei 12.651/2012)

HEC-RAS (USACE)

Hydraulic Engineering Center - River Analysis System

• Software gratuito do U.S. Army Corps of Engineers
• Modelagem 1D e 2D de rios e canais
• Usos em bioengenharia:
  • Cálculo de velocidades e tensões na margem
  • Simulação de cheias (tempo de recorrência)
  • Avaliação do efeito dos defletores
  • Mancha de inundação para APP

Iber (Universidade da Coruña)

• Software gratuito e open source
• Modelagem 2D de rios e estuários
• Interface gráfica amigável
• Usos em bioengenharia:
  • Mapeamento de velocidades na margem
  • Simulação de sedimentos
  • Avaliação de cenários com/sem intervenção

Fluxo de trabalho com modelagem

graph TD
    A["1. Levantamento<br>topobatimétrico"] --> B["2. Dados hidrológicos<br>(vazões, TR)"]
    B --> C["3. Construção do<br>modelo (HEC-RAS/Iber)"]
    C --> D["4. Calibração<br>(nível observado)"]
    D --> E["5. Cenário atual<br>(sem intervenção)"]
    E --> F["6. Cenário projetado<br>(com bioengenharia)"]
    F --> G["7. Comparação<br>velocidades/tensões"]
    G --> H["8. Dimensionamento<br>das técnicas"]
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Coeficiente de Manning (n)

O coeficiente de rugosidade de Manning é o principal parâmetro para representar técnicas de bioengenharia no modelo:

Curvas de estabilidade (Shields)

\[\tau^* = \frac{\tau_0}{(\gamma_s - \gamma_w) \cdot d}\]

Para definir a tensão crítica de mobilização do sedimento de fundo e do material das margens.

O que extrair do modelo